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面向外辐射源雷达发射站定位的合作无人机航迹规划方法研究

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电子与信息学报 2024年第5期46卷 2057-2064页

作者：万显荣武冰倩易建新胡仕波武汉大学电子信息学院武汉430072

在广域未知环境中,外辐射源雷达机动部署常面临难以及时获取第三方发射站精确位置信息的难题。为此,该文提出一种基于合作无人机航迹规划的发射站定位方法。首先,利用单个无人机作为合作目标,建立2维场景下的定位模型和量测方程,并采用... 详细信息

在广域未知环境中,外辐射源雷达机动部署常面临难以及时获取第三方发射站精确位置信息的难题。为此,该文提出一种基于合作无人机航迹规划的发射站定位方法。首先,利用单个无人机作为合作目标,建立2维场景下的定位模型和量测方程,并采用列文伯格-马夸尔特(Levenberg-Marquardt, LM)算法进行解算。然后,构建融合Fisher信息和控制参数约束的优化函数,对无人机航迹进行动态规划,从而提高发射站定位的精度和方法的实用性。最后,仿真实验表明,在最大控制距离约束下,所提方法的定位结果优于直线航迹和经典优化航迹,最终发射站定位精度小于双基距离差量测标准差,能够满足外辐射源雷达系统目标探测定位的应用要求。

关键词：外辐射源雷达发射站定位无人机航迹规划

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多策略融合改进的飞蛾火焰优化算法

北京航空航天大学学报 2024年第9期50卷 2862-2871页

作者：何加文许贤泽高波武汉大学电子信息学院武汉430072

针对飞蛾火焰优化算法容易出现局部最优解、接近全局最优时开发能力不足等问题,提出一种多策略融合改进的飞蛾火焰优化(RGMFO)算法。在每次迭代开始时,使用随机反向学习策略获得高质量飞蛾种群;利用高斯变异将较差的火焰个体替换为优秀... 详细信息

针对飞蛾火焰优化算法容易出现局部最优解、接近全局最优时开发能力不足等问题,提出一种多策略融合改进的飞蛾火焰优化(RGMFO)算法。在每次迭代开始时,使用随机反向学习策略获得高质量飞蛾种群;利用高斯变异将较差的火焰个体替换为优秀个体;使用阿基米德螺线、权重因子和围绕最优火焰飞行3种方式改进飞蛾更新机制。为验证所提算法的有效性,与11个不同类型的基准函数进行寻优测试,基准函数实验结果与秩和检验表明:相较于其他优化算法及其他MFO改进算法,所提算法具有更好的全局搜索能力与更高的寻优精度。将所提算法应用于减速器设计和槽形舱壁设计的实际工程场景中,以进一步验证算法的实用性与可行性。

关键词：飞蛾火焰优化算法多策略融合随机反向学习高斯变异智能优化

基于多初级假设的FM广播外辐射源雷达网航迹起始算法

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雷达学报（中英文） 2024年第3期13卷 601-612页

作者：胡越洋易建新万显荣程丰徐苏霖武汉大学电子信息学院武汉430072

基于调频(FM)广播信号的外辐射源雷达有着检测概率低、虚警率高、量测精度差的特点,这给组网目标跟踪带来了极大挑战。一方面,较高的虚警率使计算量增加,组网算法的实时性受到考验;另一方面,检测概率低、方位角精度差造成冗余信息缺乏,... 详细信息

基于调频(FM)广播信号的外辐射源雷达有着检测概率低、虚警率高、量测精度差的特点,这给组网目标跟踪带来了极大挑战。一方面,较高的虚警率使计算量增加,组网算法的实时性受到考验;另一方面,检测概率低、方位角精度差造成冗余信息缺乏,量测关联与航迹起始变得困难。为解决这些问题,该文提出初级假设点和初级假设航迹的概念,以及基于此概念的FM广播外辐射源雷达网航迹起始算法。首先构造可能的低维关联假设,并解算出与其对应的初级假设点;随后关联不同时刻的初级假设点,形成多条可能的初级假设航迹;最后联合多场雷达网数据进行假设航迹判决,真实目标对应的初级假设航迹会得到确认,错误关联导致的虚假初级假设航迹会被剔除。相比于已有算法,所提算法有着更低的计算量,更快的航迹起始速度,仿真与实测结果均验证了所提算法的有效性。

关键词： FM广播外辐射源雷达初级假设航迹起始雷达网信息融合

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地磁平静期赤道电集流的建模研究

地球物理学报 2024年第7期67卷 2519-2527页

作者：文昕周云良熊超武汉大学电子信息学院武汉430072

本文利用Swarm-A卫星从2013年11月到2023年2月近十年观测的赤道电集流(Equatorial Electrojet,EEJ)数据,挑选地磁活动平静时(Kp≤3)EEJ的峰值电流密度为研究对象,构建了一个以经度、地方时、季节、太阳辐射通量和月相为参数的EEJ经验模... 详细信息

本文利用Swarm-A卫星从2013年11月到2023年2月近十年观测的赤道电集流(Equatorial Electrojet,EEJ)数据,挑选地磁活动平静时(Kp≤3)EEJ的峰值电流密度为研究对象,构建了一个以经度、地方时、季节、太阳辐射通量和月相为参数的EEJ经验模型.将模型计算的EEJ与上述建模所用的Swarm-A卫星实测的EEJ进行比较发现,两者的相关系数约为0.76,平均绝对误差(均方根误差)约为20.91(27.32)mA·m^(-1).该模型可较好地反映Swarm-A卫星从2013年11月到2023年2月观测到的EEJ典型特征,比如,EEJ的幅度随着太阳辐射通量的增加而增加;EEJ有明显的日变化特征,在正午出现峰值,日出附近常出现反向EEJ;EEJ随经度变化呈现显著的波状结构;EEJ的季节变化特征明显,二分季节附近出现峰值,二至季节附近出现谷值;月相对EEJ产生明显影响,正午的EEJ在新月和满月附近出现极大值.为了进一步检验上述建立的EEJ模型的性能,我们利用Swarm-B卫星2013年11月到2023年2月期间地磁平静条件下观测的EEJ数据,对上述模型进行了验证,结果表明本文所建立的EEJ模型能较好地重现Swarm-B卫星观测的EEJ变化.

关键词：赤道电集流 Swarm星座经验模型

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多策略融合改进的自适应蜉蝣算法

北京航空航天大学学报 2024年第4期50卷 1416-1426页

作者：蒋宇飞许贤泽徐逢秋高波武汉大学电子信息学院武汉430072

为改进蜉蝣算法全局搜索能力较差、种群多样性较小和自适应能力弱等问题,提出一种多策略融合改进的自适应蜉蝣算法(MIMA)。采用Sin混沌映射初始化蜉蝣种群,使种群能够均匀分布在解空间中,提高初始种群质量,增强全局搜索能力;引入Tent混... 详细信息

为改进蜉蝣算法全局搜索能力较差、种群多样性较小和自适应能力弱等问题,提出一种多策略融合改进的自适应蜉蝣算法(MIMA)。采用Sin混沌映射初始化蜉蝣种群,使种群能够均匀分布在解空间中,提高初始种群质量,增强全局搜索能力;引入Tent混沌映射和高斯变异对种群个体进行调节,增加种群多样性的同时调控种群密度,增强局部最优逃逸能力;引入不完全伽马函数,重构自适应动态调节的重力系数,建立全局搜索和局部开发能力之间更好的平衡,进而提升算法收敛精度,有利于提高全局搜索能力;采用随机反向学习(ROBL)策略,增强全局搜索能力,提高收敛速度并增强稳定性。利用经典测试函数集进行算法对比,并利用Wilcoxon秩和检验分析算法的优化效果,证明改进的有效性和可靠性。实验结果表明:所提算法与其他算法相比,寻优精度、收敛速度、稳定性都取得了较大提升。

关键词：蜉蝣算法混沌映射高斯变异自适应动态调节随机反向学习

基于数据失真的雷达通信一体化OFDM波形设计方法

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雷达学报（中英文） 2024年第1期13卷 160-173页

作者：刘燕万显荣易建新武汉大学电子信息学院武汉430072

正交频分复用(OFDM)波形设计是实现雷达通信一体化的物理层关键技术之一。OFDM波形通常存在峰均功率比(PAPR)高,以及波形自相关旁瓣电平高的问题。该文针对现有联合降低PAPR和自相关旁瓣方法存在的通信速率下降问题,提出了一种基于数据... 详细信息

正交频分复用(OFDM)波形设计是实现雷达通信一体化的物理层关键技术之一。OFDM波形通常存在峰均功率比(PAPR)高,以及波形自相关旁瓣电平高的问题。该文针对现有联合降低PAPR和自相关旁瓣方法存在的通信速率下降问题,提出了一种基于数据失真的一体化波形设计方法。该文还将通信数据的误差矢量幅度作为优化目标之一,降低了数据失真引起的通信误码率。首先,构建了PAPR约束下最小化积分旁瓣比和误差矢量幅度的优化模型。其次,根据调制星座图特点,通过外围星座调制的数据失真和所有调制数据失真,将多目标高维非凸优化问题转化为两个单目标优化子问题,分别采取凸松弛操作和交替方向乘子法(ADMM)求解简化后的子问题,得到低积分旁瓣比波形和PAPR约束下的低误差矢量幅度波形。仿真结果表明该方法设计的一体化波形可满足PAPR要求,同时具有良好的感知和通信性能。

关键词：波形设计雷达通信一体化正交频分复用(OFDM) 峰均功率比(PAPR) 旁瓣误差矢量幅度

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光学遥感图像的小样本目标检测

遥感学报 2024年第7期28卷 1693-1701页

作者：周莲何楚汪鼎文郭子琪武汉大学计算机学院武汉430072 武汉大学电子信息学院武汉430072

对遥感图像进行目标检测,具有广阔的应用前景。针对小样本背景下遥感图像目标检测任务存在特征提取不足、定位困难和分类易混淆的问题,本文提出了一种基于协同注意力模块和对比学习分支的小样本目标检测算法。首先,对训练样本进行数据... 详细信息

对遥感图像进行目标检测,具有广阔的应用前景。针对小样本背景下遥感图像目标检测任务存在特征提取不足、定位困难和分类易混淆的问题,本文提出了一种基于协同注意力模块和对比学习分支的小样本目标检测算法。首先,对训练样本进行数据增强操作,以扩充数据集规模;其次,提出了一种协同注意力模块,包括设计的背景衰减注意力和空间感知注意力,利用遥感图像丰富的背景与目标特征信息,指导网络关注与目标定位相关的重点信息,从而便于RPN网络生成更好的区域建议框,减少遗漏目标的概率,提升模型对小样本类别的定位性能;然后,设计了一种对比学习分支。基于设计的对比损失函数,通过联合训练策略,在训练时从特征学习逐步过渡到分类器学习,提高了分类的准确率;最后,设计出一种基于微调的迁移学习范式的小样本目标检测模型,分为基础训练阶段和微调阶段,在基础训练阶段借助充足的基类样本训练模型学习类无关的参数,在微调阶段使用制作的小样本数据集帮助目标检测模型适应特定类别目标,提升其检测性能。此外,本文以两阶段微调方法TFA(Two-stage Fine-tuning Approach)为基准,通过在遥感数据集NWPU VHR-10和DIOR上验证本文提出算法的有效性,结果显示本文算法在NWPU VHR-10和DIOR数据集上与其他基准算法相比,平均精度均有大幅提升。

关键词：目标检测小样本学习遥感图像注意力机制对比学习

基于Fortran语言的地球外辐射带电子三维数据同化建模

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地球物理学报 2024年第4期67卷 1285-1298页

作者：罗陶荣曹兴马新付松倪彬彬王晓宇雷源武汉大学电子信息学院空间物理系武汉430072

开发地球电子辐射带的数据同化模型,对于理解辐射带电子的动态演化过程和辐射带空间天气预报具有重要意义.结合范阿伦卫星的辐射带电子观测数据和外辐射带三维扩散模型,采用卡尔曼滤波算法,本文开发了基于Fortran语言的外辐射带电子三... 详细信息

开发地球电子辐射带的数据同化模型,对于理解辐射带电子的动态演化过程和辐射带空间天气预报具有重要意义.结合范阿伦卫星的辐射带电子观测数据和外辐射带三维扩散模型,采用卡尔曼滤波算法,本文开发了基于Fortran语言的外辐射带电子三维数据同化模型(Three-dimensional Data Assimilative Model of Outer Radiation belt Electrons,简称TDAMORE),实现对L^(*)=3~7、能量范围为0.1~5 MeV、投掷角范围为5°~90°的外辐射带电子时空变化过程的三维重构.通过对2018年8月期间外辐射带电子通量演化过程的重构,证实TDAMORE模型可以较好地重现不同能量和不同投掷角电子通量在磁暴前后的演化特征.通过分析电子通量的观测和同化结果之间的相关系数、平均误差、平均绝对误差和均方误差,发现对于能量低于4 MeV的电子,观测与同化结果之间的相关系数基本大于0.8且误差相对较低.而对于更高能量的电子,观测与同化结果之间的误差相对较高,这可能是同化模型忽略了电磁离子回旋波对电子的散射损失导致的.

关键词：地球外辐射带电子通量三维数据同化范阿伦卫星 Fortran语言

哨声模合声波对辐射带电子扩散系数的多维建模及损失时间尺度建模研究

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地球物理学报 2024年第5期67卷 1679-1698页

作者：张琼月马新郭德宇付松倪彬彬武汉大学电子信息学院空间物理系武汉430072

哨声模合声波是地球内磁层中一种典型的等离子体电磁波动,对辐射带电子动态演化起着至关重要的作用.合声波可以与外辐射带电子发生相互作用,将电子散射至损失锥进而沉降至大气;此外合声波也能将几十keV的电子加速到几MeV,是辐射带相对... 详细信息

哨声模合声波是地球内磁层中一种典型的等离子体电磁波动,对辐射带电子动态演化起着至关重要的作用.合声波可以与外辐射带电子发生相互作用,将电子散射至损失锥进而沉降至大气;此外合声波也能将几十keV的电子加速到几MeV,是辐射带相对论电子的重要来源.因此,快速准确地计算合声波对辐射带电子的扩散系数,对于优化地球辐射带动理学建模并深入理解电子通量的演化机制具有重要作用.本研究利用Full Diffusion Code(FDC)定量计算了典型合声波波模对辐射带电子的弹跳平均投掷角、能量和交叉扩散系数,并建立了地球内磁层空间中L为2~7、背景环境参数α^(*)为1~13,投掷角α_(eq)为0°~90°、能量Ek为10 eV~10 MeV的电子散射系数矩阵数据库.在此基础上通过线性插值方法可以快速得到不同L和α^(*)参数条件下的合声波对辐射带电子的扩散系数,并计算相对误差验证应用线性插值方法的合理性和准确性.基于扩散系数矩阵数据库,本研究还计算了合声波散射辐射带电子的损失时间尺度,建立了以L、α^(*)和Ek为输入参数的电子损失时间尺度经验模型,从而可以快速获取合声波散射电子的损失时间尺度.结果表明,扩散系数矩阵数据库构建和线性插值方法的使用大幅度减少了获取不同L和α^(*)对应的扩散系数所需时间,同时建立的三维损失时间尺度经验模型可快速得到不同L、α^(*)和Ek所对应合声波散射辐射带电子的损失时间尺度,这些结果提高了地球辐射带动理学建模效率,对于空间天气预报具有重要意义.

关键词：波粒相互作用合声波辐射带电子扩散系数损失时间尺度